球形潤糧拌糧系統的研發及在白酒釀造生產中的應用

范偉國，趙 靜，陳 彬

（普瑞特機械制造股份有限公司，山東泰安 271000）

中國白酒是世界八大蒸餾酒（伏特加Vodka、白蘭地Brandy、金酒Gin、日本清酒Sake、朗姆酒Rum、龍舌蘭酒Tequila、威士忌Whisky、中國白酒Baijiu）之一，并且在國際上享負盛名[1-3]。白酒以糧食（主要為高粱、玉米、大米、小麥、糯米）為原料，以大曲、酒母等為糖化發酵劑，經過潤糧、蒸煮、糊化、發酵、蒸餾、陳釀和勾兌等釀造過程而制成，其生產工藝獨特而先進，有令人愉悅的香氣[4-7]。

作為傳統釀造工藝的最初工序——潤糧，是釀造過程中的重要一環。糧食糊化作用的好壞，主要取決于糧食的吸水情況，吸水充足則糧食容易受熱煮熟，即糊化作用較好，若糧食吸水不足則糊化效果差，內具生心，類似“生飯”[8-11]。因此，糧食在潤糧和蒸餾過程中的吸水情況，決定了糊化效果的優劣。由于在蒸餾過程中，蒸汽溫度在110 ℃以上，糧食難于從炙熱的蒸汽中吸收水分，因此通過潤糧工藝可以提高糧食水分含量，成為糧食糊化作用的關鍵[12-15]。

目前中國有近40000 家白酒企業，規模以上企業不足1000 家，大部分中小企業在生產規模和技術設備等方面都處于相對落后的水平，生產工藝設備簡陋，人工勞動強度大，生產效率低[16-18]。因此，白酒釀造的機械化、智能化、數據化等是中國白酒發展的必然趨勢，而目前在白酒潤糧工藝中，大部分企業仍采用傳統潤糧方式，存在著控溫、控水效果較差，攪拌不均一等問題。

本研究針對傳統潤糧方式及目前市售潤糧機器的局限性，設計研發出一種球形潤糧拌糧系統，并應用在白酒潤糧拌合、酒醅拌稻殼工藝中，對白酒的生產具有重要的意義。

1 球形潤糧拌糧系統的研發目的及其分析

1.1 研發所要解決的技術問題及其有益效果

目前在白酒釀造行業中，糧食在經過粉碎后，大部分采用傳統的手工潤糧，但部分酒企已經開始機械潤糧拌合，但是其采用的方式主要有兩種：①為U 型槽體加攪拌軸型式；②絞龍（刀型攪拌葉片）連續攪拌并混合輸送型式。但這兩種方式有以下弊端：①U 型殼體型式：攪拌不充分，有結團現象，耗用功率較大；②絞龍型式：潤水不充分，水分未能充分進入到糧食內部；③造價較高。為了更好解放勞動力，同時結合當前潤糧機械化出現的問題；在符合釀造潤糧工藝機理的前提下，本研究針對上述問題進行了分析，設計發明球形潤糧拌糧系統，同時此設備系統配套相應的操作工藝，可以有效的解決以上問題。

該球形潤糧拌糧系統具有如下特點：a.球形潤糧拌糧系統采用雙動力拌合模式，即球體轉動和內部攪拌轉動，可實現釀酒行業中的潤糧拌合、糧醅拌合兩種工藝；b.通過雙動力拌合模式對潤糧拌合工藝實現潤糧均勻有序、自動控溫控量加水、自動進料、自動出料的功能，醅體達到無結團、無干糝、無灰泡、不淋漿的潤糧標準；c.通過雙動力拌合模式對糧醅拌合工藝達到摻拌均勻、無結團，摻拌輕柔不損傷稻殼外形的拌合標準；d.輸送過程中，物料始終保持均勻，無結團、粘結等現象；e.設備使用完畢，方便清洗，清洗干凈且無掛料的現象；f.該機械系統整體結構簡單，易于操作和維護；同時，在符合釀造工藝的前提下，大大降低工人的勞動強度。

1.2 球形潤糧拌糧系統結構特點及其工作原理

球形潤糧拌糧系統由雙動力旋轉球體、攪拌裝置、球體轉動裝置、潤水系統、進料裝置、出料裝置等組成，如圖1，設備的具體功率見表1。

球形潤糧拌糧系統的著重點在雙動力旋轉球體，其球體及攪拌裝置可單獨旋轉，也可實現球體及攪拌裝置反向差速運轉，此方式大大提高了攪拌的效率及混合效果，見圖2、圖3。

表1 球形潤糧拌糧系統設備功率

球形潤糧拌糧系統主要有潤糧和拌糧兩大功能，研究將兩項功能相結合，進而使得釀酒潤糧工藝有條不紊、秩序化。球形潤糧系統的主要原理為：粉碎好的釀酒原料由斗提機提升至上部的輸送鏈板，輸送鏈板的出料口正對著旋轉球體的進料口，進料口為氣動插板閥。釀酒原料進入到球體內部，同時內部的進水噴頭開始噴水，有效降低進料時產生的粉塵溢出，并提高潤糧效率。將待達到全容積的45 %～60 %時，停止進料。此工藝可根據白酒實際釀造過程中釀造原料的種類、潤糧時間進行設置；例如不同品種原料其潤糧時間不同，可采用分批次進料，確保不同釀造原料的潤糧效果。

球形拌糧系統的主要原理為：在球體進料過程中，球體雙動力系統開始工作。此部分共有3 個模式可以選擇：①球體擺動、攪拌轉；②球體擺動、攪拌不轉；③球體靜止、攪拌轉。

球體擺動、攪拌轉：通過電控控制球體左右擺動、攪拌同時360°旋轉模式，球體和攪拌裝置進行反向差速運動，使得糧醅在較柔和的攪拌條件下均勻一致。球體內部絞龍式刮壁螺帶，使物料在隨著球體的周向轉動時，物料順著螺帶的方向在球體內增加左右方向的推動，同時螺帶增設的輻射狀縱筋起到打散的效果，進而使糧醅達到無結團、無干糝、無灰泡、不淋漿的潤糧目的。

球體擺動、攪拌不轉：通過球體的動力轉動進行左、右擺動100 度的角度，進行粉糧與水分的混合攪拌，達到充分拌合，此時通過限位開關（或光電開關）來控制球體的左、右擺動角度，防止出現球體的慣性至物料的灑落，在完成潤糧的均勻拌合后，需要停機時，緩慢停止直至定位到出料工位。

球體靜止、攪拌轉：噴水攪拌動力組件（螺帶）可360°旋轉，在旋轉噴水的過程中同時帶動螺帶的轉動，使粉糧與水分的攪拌混合均勻，此時球體動力組件處于靜止狀態，此時通過限位開關（或光電開關）來控制噴水攪拌組件。在完成混合均勻攪拌后，需要停機時，噴水動力組件的噴水嘴回到球體中心的正上方位置，再通過球體的動力啟動，緩慢停止直至定位到出料工位。

與此同時，結合潤糧工藝對水溫、潤糧時間、攪拌時間、靜置時間等有所要求，本系統搭載潤糧控制系統，其可以自動化控制上述潤糧工藝要求。釀酒工程師可根據自己的需要進行現場程序控制參數的修改，系統穩定可靠。旋轉電機具有變頻控制且制動、自動尋位；球體旋轉及噴水攪拌螺帶在旋轉時，具有自動定點停止的功能見圖4。

因此本系統通過上述模式可有效解決白酒潤糧過程中潤糧不均一、潤水不充分、醅體結團等現象；除此之外：①由于本系統為球形體，其保溫效果較好；同時可有效控制水分，減少由于攪拌而產生的揮發；②由于本系統采用球體和攪拌裝置進行反向差速運動模式，使得摻拌輕柔減少對醅體的機械損傷，如若酒醅拌入稻殼，不會損傷稻殼外形；同時此攪拌較為充分全面，在保障攪拌效果的前提下，可縮短攪拌時間，優化釀酒工藝。

2 球形潤糧拌糧系統的生產應用分析與探討

2.1 球形潤糧拌糧系統的生產應用

2.1.1 材料與設備

高粱、熱水，普瑞特機械制造股份有限公司；實驗酒醅、已蒸煮的稻殼，山東某濃香酒廠；粉碎機，普瑞特機械制造股份有限公司；球形潤糧拌糧系統，普瑞特機械制造股份有限公司。

2.1.2 工藝流程及操作要點

本次研究著重采用傳統潤糧工藝與球形潤糧拌糧系統進行復合對比試驗，以此驗證球形潤糧拌糧系統的實際生產效果；對照組除潤糧采用傳統潤糧方式外，其他均與實驗組保持一致，實驗組具體實驗流程見圖5。

對照組采用傳統潤糧工藝，而實驗組采用球形潤糧拌糧系統，具體實驗操作如下。

前期準備：將180 kg 高粱粉碎至4～6 瓣，通過蒸汽發生器將釀造用水加熱至65 ℃備用。

上料模式：球形潤糧拌糧球體由電控系統控制停止在進料口的正上方位置，將180 kg 釀造原料通過上料輸送機，輸送至球體正上方的進料口進料，進料的同時先由電控控制系統開啟螺帶攪拌動力運轉，轉速調整至15 Hz（約1 r/min）左右；上料輸送機（定速37 r/min）勻速向蒸球入口進料，要求5 min內將物料輸送完成。

潤糧拌合工藝（加水過程，雙動力同時運轉）：在釀酒原料輸送至定量完畢后，由潤糧水泵將熱水罐內的108 kg 熱水通過流量計控制、旋轉接頭打入球體內噴水攪拌組件的噴嘴均勻噴灑至粉糧處。球形潤糧拌糧系統采用球體擺動、攪拌轉模式，球體動力通過電控控制在10 Hz（約1.4 r/min）左右，球體的動力轉動進行左、右擺動100°，球體和攪拌動力裝置進行反向差速運動，進行粉糧與水分的混合攪拌，達到充分拌合，需要5 min 實現，人工通過檢修平臺可觀察物料的拌合狀態。

潤糧靜置吸水工藝：潤糧拌合好后，靜置4 h，之后再進行5 min 攪拌，如此重復5 次，使得整體潤糧時間為20 h；取1 kg 釀造原料作為小樣，進行水分、潤糧感官指標檢測。

糧醅拌合工藝：潤糧完成后，通過上料輸送機同時加入60 kg 的稻殼、1.7 m3（1190 kg）的酒醅輸送至球體內，在此同時，球體攪拌動力組件通過電控控制在15 Hz（約1 r/min）左右，球體內部絞龍式刮壁螺帶，使物料在隨著球體的周向轉動時，物料順著螺帶的方向在球體內增加左右方向的推動；同時螺帶增設的輻射狀縱筋起到打散的效果；在稻殼及酒糟加至定量后，將球體動力通過電控控制在10 Hz（約1.4 r/min）左右，同時球體和攪拌裝置進行反向差速運動，通過球體的動力轉動進行左、右擺動100°的角度，進行糧醅的混合攪拌，達到充分拌合，糧醅拌合需要10 min實現。

出料模式：通過電控控制，緩慢出料至輸送機的料斗，待物料卸放至一部分時，通過刮壁螺帶的旋轉，使物料向出料口緩慢聚集，通過下部出料輸送機勻速輸送至甑鍋中，出料輸送機（變頻調速7.5 r/min），通過料斗出料口閘板調節，輸送物料料層厚度為40 mm，勻速出料。同時通過光電開關控制球體出料口轉至正下方，保證球體內部無殘留，出料干凈，要求30 min 內將物料輸送完畢；取1 kg 待蒸煮糧醅作為小樣，進行拌醅感官指標檢測；注意：球體旋轉，啟動時應緩慢啟動，再至設定轉速。

表2 不同工藝條件下的實驗結果

釀造原料蒸煮糊化、酒醅蒸餾出酒：采用傳統混蒸混燒模式，上甑要嚴格做到“輕、松、薄、勻、緩”，保證酒醅在甑內疏松均勻，不壓氣、不跑汽；蒸餾結束后，取1 kg蒸煮糧醅作為小樣，進行水分、糊化率、酸度等指標檢測；同時取其優級酒，按照白酒香氣、口感、舒適度等方面邀請專業人士進行感官品評實驗。

清潔工藝：本系統待上甑完畢后，對球形潤糧拌糧球體進行清洗，具體清洗工藝及參數如下：清洗用水量25 kg，清洗時間5 min，轉速參考拌合工藝的試驗轉速，雙動力傳動同時運轉進行清洗，排污水引至排污口處。

2.1.3 實驗結果與討論

本研究通過采用傳統潤糧工藝與球形潤糧拌糧系統進行對比，其中糧醅水分、酸度等指標檢測參照孟晴等[19]的檢測方法，而糊化率檢測參照方軍等[8]的檢測方法，具體實驗結果見表2。

通過與傳統潤糧對照，研究發現，球形潤糧拌糧系統提高3.1%的潤糧含水量，提高2.6%的糊化率，預期可提高酒醅發酵過程中淀粉的利用率，進而提高出酒率；同時結合對酒醅的酸度、優級酒等方面基本無影響，因此其在符合釀造潤糧工藝機理的基礎上，具有去除拌醅過程中的結團現象，大大降低勞動力成本的巨大優勢。

除以上所述之外，球形潤糧拌糧系統在生產上還具有如下優勢：

（1）造價較低，運行成本低，耗用功率??；（2）可實現清潔化生產；（3）自動進出料，實現多種潤料方式的自動化操作，并設置無線傳送的溫度、濕度傳感器，實現溫度及濕度的精準控制；（4）可配置2 臺及以上的轉球，一臺進料、一臺出料，實現連續化潤糧生產；（5）過程全自動化，可接入MES 系統及ERP系統。

3 結論

中國白酒的智能化釀造是歷史必然，釀酒智能化在符合傳統釀造工藝的基礎上，不斷汲取現代技術方法，進行自動化、智能化、機械化發展[20-22]，智能化釀造將會大大降低勞動強度，提高生產效率。本研究針對傳統潤糧方式及目前市售潤糧機器的局限性，設計研發出一種球形潤糧拌糧系統。該系統有潤糧和拌糧兩大作用，本研究將其應用在白酒潤糧拌合、酒醅拌殼工藝中，具有提高糧醅含水量、糊化率，去除拌醅過程中的結團現象，大大降低勞動強度等優勢，對白酒生產具有重要意義。